[논문]활성 황토를 혼입한 모르타르 기반 경계석의 내구성능 평가

권성준; 김혁중; 윤용식

doi:10.14190/jrcr.2020.8.4.520

활성 황토를 혼입한 모르타르 기반 경계석의 내구성능 평가
The Evaluation of Durability Performance in Mortar Curbs Containing Activated Hwangtoh 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.4, 2020년, pp.520 - 527

권성준 (한남대학교 토목환경공학과) , 김혁중 (한경대학교 산학협력단) , 윤용식 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
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황토는 국내 토양의 약 15.0%를 차지하는 풍부한 자원이며, 고온소성 후 급랭하여 활성화시키면 포졸란 특성을 갖는 콘크리트 결합재로서 사용할 수 있다. 본 연구에서는 시중에서 판매되는 경계석 배합을 기반으로 하여 활성 황토 혼입 모르타르 경계석 시편을 제작하였다. 활성 황토의 혼입율은 10.0% 및 25.0%를 고려하였으며, 시험 항목으로는 압축 및 휨 강도 시험, 동결융해 저항 성능 평가, 촉진 탄산화 시험, 촉진 염화물 확산 시험을 설정하였다. 역학적 성능 평가 결과 OPC 배합에서 가장 높은 강도가 평가되었으며, 재령일의 증가에 따른 강도 증가가 적게 나타났는데 이는 3일간 증기 양생을 통해 대부분의 강도가 발현되었기 때문으로 사료된다. 재령 28일에 해당하는 시편을 대상으로 동결융해 저항성능 평가 결과, 모든 배합에서 85.0% 이상의 강도 저하율을 나타내어 제시된 기준에 만족하였다. 촉진 탄산화 시험은 재령 28일 시편을 대상으로 수행되었으며 활성 황토 혼입 배합에서 OPC 배합 대비 다소 저하된 탄산화 저항성능을 나타내었다. 재령 28일 및 91일에 ASTM C 1202에 준하여 각 배합의 통과 전하량을 평가하였다. OPC 배합의 경우 "Low" 등급을, 활성 황토 혼입 배합의 경우 "Moderate" 등급을 나타내어 활성 황토 혼입 배합에서도 적절한 염해 저항성능을 나타내는 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Hwangtoh is the rich resource that accounts for about 15.0% of the domestic soil, and can be used as the admixture of concrete with Pozzolan characteristics if activated by rapidly freezing after burning with high temperature. In this study, the mortar curbs containing active hwangtoh were produced, based on the mixture for the mortar curbs sold on the market. The substitution rate of active hwangtoh were considered 10.0% and 25.0%, and the test items were selected to compressive and flexural strength tests, freezing/thawing resistance tests, accelerated carbonation tests, and accelerated chloride diffusion tests. In the results of the mechanical performance, it was showed that the highest strength was evaluated in OPC mixture, and the increase in strength was small by the increase of age, which was believed to be due to the fact that most of the strength in each mixture was created in three days of steam curing. The results of the freezing/thawing tests for 28 aged days showed the reduction rate of compressive strength was 85.0% or higher for all specimen, meeting the criteria presented. The accelerated carbonation tests were carried out on the specimen at 28 days of age, and the results showed that the mortar with active hwangtoh had lower carbonation resistance performance than mortar with OPC. The passed charge of each mixture was assessed in accordance with ASTM C 1202 on 28 and 91 aged days. The OPC mixture had "Low" rate and the mortar with active hwangtoh had "Moderate" rate. So it was thought that the mortar with active hwangtoh had appropriate resistance performance for chloride attack.

주제어

표/그림 (18)

표 Table 1. Physical properties of cement and active hwangtoh
표 Table 2. Chemical composition of 2 types of binder
표 Table 3. Physical properties of stone flour
그림 Fig. 1. The photo for production of mortar curbs
그림 Fig. 2. The mimetic diagram for mortar curbs
그림 Fig. 3. The photos for compressive and flexural strength tests
그림 Fig. 4. The photos for freezing/thawing resistance performance test
표 Table 4. Mixing design for mortar containing active hwangtoh
그림 Fig. 5. The photos of accelerated carbonation test
그림 Fig. 6. The photo for accelerated chloride diffusion test
표 Table 5. Evaluation standard for chloride resistance by ASTM C 1202
그림 Fig. 7. The results of strength test
그림 Fig. 8. The results of freezing/thawing test
표 Table 6. The result of Freezing/thawing test
그림 Fig. 9. The results of accelerated carbonation test
그림 Fig. 11. The results of accelerated carbonation velocity coefficient
그림 Fig. 10. The results of regression analysis for carbonation velocity coefficient
그림 Fig. 12. The result of passed charge

AI 본문요약
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제안 방법

공시체 중심부의 온도를 원칙으로 3시간 동안 4℃에서 –18℃로 동결한 뒤 –18℃에서 4℃ 로 융해하는 것을 1 Cycle로 하여 100 Cycle 동안 동결융해 시험을 수행한 후 각 시편의 압축 강도를 측정하였다. 0 Cycle에서 평가된 강도와의 비교를 통해 강도 저하율을 산출한 후 고찰하였다. 아래의 Fig.
3 수준의 모르타르 배합 기반 경계석 시편의 염화물 확산 저항성능을 평가하고자 ASTM C 1202에 준하여 통과 전하량을 도출하였다. 목표 재령일은 28일로 설정되었으며, 3.
3. 각 배합의 탄산화 저항 성능 평가를 위해 재령 28일의 모르타르 경계석 시편을 대상으로 4주 및 13주간 촉진 탄산화 쳄버에 거치하였다. 활성 황토 혼입율이 증가함에 따라 탄산화 깊이가 증가하는 경향을 나타내었으며 OPC 배합을 기준으로 HW10 배합의 경우 106.
그 후 온도(20 ± 2℃) 및 상대 습도(60 ± 5%)의 환경이 유지되는 항온 항습실에 8주간 존치시켜 전처리 과정을 완료하였다. KS F 2584에 따라 온도 20℃, 상대습도 60%, CO2 농도 5% 조건의 촉진 탄산화 쳄버에 재령 28일의 시편을 4주 및 13주 동안 존치시켰다. 목표 존치 기간 이후, 1% 농도의 페놀프탈레인 용액을 이용해 변색되지 않은 영역을 탄산화 침투 깊이로 하여 측정하였다.
XRF 분석을 통하여 시멘트와 활성 황토의 화학 조성 분석을 수행하였다. 활성 황토의 주요 성분은 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등으로 나타났으며, 이는 포졸란 혼합물과 유사한 조성을 구성하고 있는 것으로 사료된다.
경계석 배합에 사용되는 활성 황토 및 기타 사용재료의 물성을 고려한 후 Pilot test를 수행하여 최종 활성 황토 치환률을 결정하였다. 아래의 Table 4에 본 연구에서 사용한 경계석 제작용 모르타르 배합을 나타내었다.
0%)을 적용하였다. 경계석의 역학적, 내구적 성능 관련 기준을 검토한 결과, 경계석에 활성 황토를 혼입 하는 경우, 다른 도로구조물에 활성 황토를 혼입하는 것보다 용이할 것으로 판단되어 경계석 배합을 대상으로 평가를 수행하였다. 시험 항목으로는 압축 및 휨강도 시험, 동결융해 시험, 촉진 탄산화 시험, 촉진 염화물 확산 시험을 설정하여 활성 황토의 혼입으로 인해 발생하는 내구성능 거동의 변화를 정량적으로 분석하였다.
수중 융해 시험방법)에 따라 진행하였다. 공시체 중심부의 온도를 원칙으로 3시간 동안 4℃에서 –18℃로 동결한 뒤 –18℃에서 4℃ 로 융해하는 것을 1 Cycle로 하여 100 Cycle 동안 동결융해 시험을 수행한 후 각 시편의 압축 강도를 측정하였다. 0 Cycle에서 평가된 강도와의 비교를 통해 강도 저하율을 산출한 후 고찰하였다.
채취한 코어 시편을 두께 50mm로 커팅한 후 이산화탄소의 1방향 침투를 유도하기 위해 침투면을 제외한 나머지 면을 에폭시로 코팅하였다. 그 후 온도(20 ± 2℃) 및 상대 습도(60 ± 5%)의 환경이 유지되는 항온 항습실에 8주간 존치시켜 전처리 과정을 완료하였다. KS F 2584에 따라 온도 20℃, 상대습도 60%, CO2 농도 5% 조건의 촉진 탄산화 쳄버에 재령 28일의 시편을 4주 및 13주 동안 존치시켰다.
따라서 본 연구에서는 시중에서 활발히 사용되고 있는 모르타르 기반 경계석 배합을 기반으로 2수준의 활성 황토 치환율(10.0%, 25.0%)을 적용하였다. 경계석의 역학적, 내구적 성능 관련 기준을 검토한 결과, 경계석에 활성 황토를 혼입 하는 경우, 다른 도로구조물에 활성 황토를 혼입하는 것보다 용이할 것으로 판단되어 경계석 배합을 대상으로 평가를 수행하였다.
목표 재령일은 28일로 설정되었으며, 3.3절과 마찬가지로 경계석 시편에서 코어를 채취한 후 50mm 두께로 시편을 커팅 하였다. 이후 측면에 에폭시를 도포하였으며, 해당 디스크 시편을 대상으로 Cell Ⅰ(- 극)에는 3%의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 Cell Ⅱ(+ 극)에는 0.
KS F 2584에 따라 온도 20℃, 상대습도 60%, CO2 농도 5% 조건의 촉진 탄산화 쳄버에 재령 28일의 시편을 4주 및 13주 동안 존치시켰다. 목표 존치 기간 이후, 1% 농도의 페놀프탈레인 용액을 이용해 변색되지 않은 영역을 탄산화 침투 깊이로 하여 측정하였다. Fig.
경계석의 역학적, 내구적 성능 관련 기준을 검토한 결과, 경계석에 활성 황토를 혼입 하는 경우, 다른 도로구조물에 활성 황토를 혼입하는 것보다 용이할 것으로 판단되어 경계석 배합을 대상으로 평가를 수행하였다. 시험 항목으로는 압축 및 휨강도 시험, 동결융해 시험, 촉진 탄산화 시험, 촉진 염화물 확산 시험을 설정하여 활성 황토의 혼입으로 인해 발생하는 내구성능 거동의 변화를 정량적으로 분석하였다.
참고하여 평가하였다. 압축강도 평가를 위해 시편을 100X 100 X 100mm 형상으로 커팅 하였으며 목표 재령일은 3, 7, 28, 91일로 설정하였다. 휨 강도 평가 역시 목표 재령일은 압축 강도시험과 동일하게 설정하였으며, KS F 4006에 준하여 중앙 점 재하방법으로 수행하였다.
평가하였다. 재령 28일의 시편을 기준으로 4주 및 13주간 촉진 탄산화 시험을 수행한 후 촉진탄산화 깊이를 법에 따라 회귀 분석하여 촉진탄산화 속도계수를 산출하였다. 촉진 탄산화 깊이 평가 결과를 Fig.
전용 제작 장비를 통해 진동 압밀 및 증기 양생 과정을 거쳐 제작을 완료하였다. 제작 된 경계석 시편을 3일간 증기 양생 시킨 후 목표 재령일 까지 수중양생 시켰다. 경계석 시편의 제작 전경을 Fig.
채취하였다. 채취한 코어 시편을 두께 50mm로 커팅한 후 이산화탄소의 1방향 침투를 유도하기 위해 침투면을 제외한 나머지 면을 에폭시로 코팅하였다. 그 후 온도(20 ± 2℃) 및 상대 습도(60 ± 5%)의 환경이 유지되는 항온 항습실에 8주간 존치시켜 전처리 과정을 완료하였다.
아래의 Table 4에 본 연구에서 사용한 경계석 제작용 모르타르 배합을 나타내었다. 활성 황토는 시멘트의 중량비로 치환 혼입하였으며 치환율로서 10.0% 및 25.0% 총 2 수준을 고려하였다.

대상 데이터

Table 4와 같은 배합을 기반으로 KS F 4006의 보차도 경계블록 b형에 해당하는 경계석 시편을 제작하였다. 전용 제작 장비를 통해 진동 압밀 및 증기 양생 과정을 거쳐 제작을 완료하였다.
황토의 경우, 천연황토를 약 800℃에서 소성시켜 활성 상태로 사용하였다. 또한 잔골재로서 표준사와 석분을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 1종 보통 포틀랜드 시멘트와 활성 황토의 물리적 특성을 Table 1에 화학적 특성을 Table 2에 나타내었다.
본 연구에서는 경계석 시편을 제작하기 위해 1종 보통 포틀랜드 시멘트와 활성 황토를 결합재로서 사용하였다. 황토의 경우, 천연황토를 약 800℃에서 소성시켜 활성 상태로 사용하였다.
본 연구에서는 시중의 경계석 제작에 사용되고 있는 모르타르 배합을 대상으로 활성 황토를 치환 혼입하여 적용하였다. 2 수준의 활성 황토 치환율(10.
촉진 탄산화 시험을 수행하기 위해 경계석 시편에서 코어시편을 채취하였다. 채취한 코어 시편을 두께 50mm로 커팅한 후 이산화탄소의 1방향 침투를 유도하기 위해 침투면을 제외한 나머지 면을 에폭시로 코팅하였다.

이론/모형

KS F 2456에 준하여 재령 28일의 모르타르 경계석 시편을 대상으로 동결융해 시험을 수행한 후 강도 저하율을 평가하였으며 그 결과를 아래의 Table 6 및 Fig. 8에 나타내었다.
KS F 2596에 따라 각 시편의 탄산화 저항성능을 평가하였다. 재령 28일의 시편을 기준으로 4주 및 13주간 촉진 탄산화 시험을 수행한 후 촉진탄산화 깊이를 법에 따라 회귀 분석하여 촉진탄산화 속도계수를 산출하였다.
경계석 시편의 압축강도 평가에 관한 기준이 현재 국내에 규준되어 있지 않으므로 KS F 4006, SPS-KCIC0001-0703, KS F 2405를 참고하여 평가하였다. 압축강도 평가를 위해 시편을 100X 100 X 100mm 형상으로 커팅 하였으며 목표 재령일은 3, 7, 28, 91일로 설정하였다.
동결융해 저항성 실험은 KS F 2456의 b 방법(기중 급속 동결 후 수중 융해 시험방법)에 따라 진행하였다. 공시체 중심부의 온도를 원칙으로 3시간 동안 4℃에서 –18℃로 동결한 뒤 –18℃에서 4℃ 로 융해하는 것을 1 Cycle로 하여 100 Cycle 동안 동결융해 시험을 수행한 후 각 시편의 압축 강도를 측정하였다.
본 연구에서는 KS F 2596에 따라 법에 준하여 탄산화 속도계수를 산출하였다. 모든 배합의 속도계수 평가 결과 2.
압축강도 평가를 위해 시편을 100X 100 X 100mm 형상으로 커팅 하였으며 목표 재령일은 3, 7, 28, 91일로 설정하였다. 휨 강도 평가 역시 목표 재령일은 압축 강도시험과 동일하게 설정하였으며, KS F 4006에 준하여 중앙 점 재하방법으로 수행하였다. 압축 강도 및 휨 강도 시험 전경을 Fig.

성능/효과

1.역학적 성능 평가 결과, OPC 배합에서 가장 높은 압축 및휨 강도가 평가 되었다. 재령의 증가에 따른 강도 상승은 비교적 적은 값이 나타났는데, 이는 3일간의 증기 양생 기간 동안 대부분의 강도발현이 완료되었기 때문으로 사료된다.
2. 3 수준의 모르타르 배합의 동결융해 저항 성능을 평가한 결과, 100 Cycle 이후의 압축 강도가 0 Cycle 값의 85.0% 이상으로 제시된 성능 기준을 충족하였다. 활성 황토 혼입율이 증가함에 따라 동결융해에 의한 강도 저하가 나타났으나, 그 수준은 주목할 만한 정도가 아니라고 판단된다.
4. 재령 28일의 시편을 대상으로 ASTM C 1202에 따라 각 배합의 통과 전하량을 평가 하였으며 OPC 배합의 경우 “Low” 등급을, HW10 배합 및 HW25 배합의의 경우 “Moderate” 등급을 나타내었기 때문에 모든 배합에서 적절한 염해 내구성능을 갖는 것으로 평가되었다. 재령 28일 대비 91일에 통과 전하량 값은 OPC 배합에서 98.
5. 활성 황토를 결합재로 사용하여 경계석 시편을 제작하는 경우, 큰 수준의 공학적, 내구적 성능 저하 없이 관련 기준을 충족시킬 수 있을 것으로 보인다. 그러나 도로 경계석은 겨울철에 일반적으로 제설제에 의한 염해와 온도 저하에 의한 동결융해 조건을 동시에 받는 복합열화 조건에 놓이기 때문에 이에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.
4%) 나타났다. HW10 배합에서는 재령 28 일 대비 91일에서 90.0%, HW25 배합에서 87.3%의 통과 전하량값을 나타내었으며 활성 황토의 포졸란 특성으로 인해 활성 황토 혼입 배합에서 재령일이 증가에 따른 통과 전하량의 감소가 비교적 높게 나타난 것으로 사료된다.
활성황토 혼입율이 증가할수록 강도 저하가 큰 폭으로 나타났으나 그차이는 주목할 만한 수준은 아니라고 판단된다. OPC 배합과 HW10 배합간의 저감율 차이는 0.53%, HW 10 배합과 HW25 배합간의 저감율 차이는 1.56%로 나타났다.
9%로 나타났다. OPC 배합에서 가장 높은 강도 증진율이 나타났으며 활성 황토 혼입율의 증가에 따라 강도증진은 낮게 나타났다.
5의 범위를 나타내었다. OPC 배합의 속도계수를 기준으로 HW10 배합에서는 108.68%, HW25 배합에서는 113.6%의 속도계수가 평가되어 활성 황토를 혼입함으로서 탄산화 저항성능이다소 감소하였다. 그러나 활성 황토 혼입 배합과 OPC 배합 간의 속도계수 차이가 최대 0.
8%로 활성 황토가 혼입되지 않은 OPC 배합에서 가장 높은 강도 증진율이 나타났다. 또한 모든 배합의 압축 및 휨 강도는 해당 기준 한계 값을 상회하여 경계석 제품에 적용할 수 있는 조건을 만족하였다.
나타났다. 또한 모든 재령일의 압축 강도는 협회 기준 (SPS-KCIC0001-0703)인 24MPa를 상회하는 결과를, 휨 감도는 KS F 4006에서 규정하는 값인 29.5kN을 상회하는 결과를 나타내었다.
9%의 침투 깊이를 나타내었다. 또한 법에 따라 침투 깊이를 회귀 분석하여 속도계수를 산출하였는데, OPC 배합의 속도계수를 기준으로 HW10 배합에서는 108.7%, HW25 배합에서는 113.6%의 속도계수가 평가 되었다. 활성 황토를 혼입함으로서 탄산화 저항 성능이 다소 감소하였다.
산출하였다. 모든 배합의 속도계수 평가 결과 2.32∼2.63 mm/week0.5의 범위를 나타내었다. OPC 배합의 속도계수를 기준으로 HW10 배합에서는 108.
9%의 침투 깊이를 나타내었다. 시험 기간 28일 대비 91일에서의 침투 깊이 증가율을 평가하면 OPC 배합의 경우 242.5%, HW10 배합의 경우 220.9%, HW25 배합의 경우 220.0%로 나타나 활성 황토 혼입 배합간의 차이는 미미하였다.
재령의 증가에 따른 강도 상승은 비교적 적은 값이 나타났는데, 이는 3일간의 증기 양생 기간 동안 대부분의 강도발현이 완료되었기 때문으로 사료된다. 재령 3일 기준 재령 91일의 압축 강도 증진율을 평가하면 OPC 배합에서 142.3%, HW10 배합에서 132.4%, HW25 배합에서 121.8%로 활성 황토가 혼입되지 않은 OPC 배합에서 가장 높은 강도 증진율이 나타났다. 또한 모든 배합의 압축 및 휨 강도는 해당 기준 한계 값을 상회하여 경계석 제품에 적용할 수 있는 조건을 만족하였다.
특히 OPC 배합에서는 활성 황토 혼입 배합 대비 뛰어난 염해 저항성능이 평가되었으며 재령 28일 및 재령 91일 간의 통과 전하량 차이가 적게(98.4%) 나타났다. HW10 배합에서는 재령 28 일 대비 91일에서 90.
활성 황토 혼입율이 증가할수록 탄산화 깊이가 증가하는 경향을 나타났으며 OPC 배합을 기준으로 HW10 배합의 경우 106.7∼ 117.2%, HW25 배합의 경우 Ⅲ.5∼122.9%의 침투 깊이를 나타내었다. 시험 기간 28일 대비 91일에서의 침투 깊이 증가율을 평가하면 OPC 배합의 경우 242.
각 배합의 탄산화 저항 성능 평가를 위해 재령 28일의 모르타르 경계석 시편을 대상으로 4주 및 13주간 촉진 탄산화 쳄버에 거치하였다. 활성 황토 혼입율이 증가함에 따라 탄산화 깊이가 증가하는 경향을 나타내었으며 OPC 배합을 기준으로 HW10 배합의 경우 106.7∼117.2%, HW25 배합의 경우 Ⅲ.5∼122.9%의 침투 깊이를 나타내었다. 또한 법에 따라 침투 깊이를 회귀 분석하여 속도계수를 산출하였는데, OPC 배합의 속도계수를 기준으로 HW10 배합에서는 108.
활성 황토의 치환율이 상승할수록 압축 및 휨 강도가 저하하는 경향이 나타났다. 또한 모든 재령일의 압축 강도는 협회 기준 (SPS-KCIC0001-0703)인 24MPa를 상회하는 결과를, 휨 감도는 KS F 4006에서 규정하는 값인 29.

후속연구

활성 황토를 결합재로 사용하여 경계석 시편을 제작하는 경우, 큰 수준의 공학적, 내구적 성능 저하 없이 관련 기준을 충족시킬 수 있을 것으로 보인다. 그러나 도로 경계석은 겨울철에 일반적으로 제설제에 의한 염해와 온도 저하에 의한 동결융해 조건을 동시에 받는 복합열화 조건에 놓이기 때문에 이에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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